在中國(guó)，新能源電動(dòng)汽車市場(chǎng)已經(jīng)進(jìn)入了高速發(fā)展期。根據(jù)公安部數(shù)據(jù)顯示，截至2024年6月底，我國(guó)新能源汽車保有量已達(dá)2472萬(wàn)輛。然而與電動(dòng)汽車的需求增速相比形成巨大反差的是，作為電動(dòng)汽車推廣“最后一公里”的充電設(shè)施，其配套程度卻尚未達(dá)到理想水平，充電站和充電樁設(shè)施的能源效率也有進(jìn)一步的提升空間。
因此，這些都使得新能源電車充電站在技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用能效方面都需要變革和轉(zhuǎn)型，既可以考慮讓更多光伏儲(chǔ)能充電一體化系統(tǒng)投入使用，也需要更多創(chuàng)新的功率半導(dǎo)體器件和IC芯片擔(dān)當(dāng)充電設(shè)施系統(tǒng)內(nèi)核，從而有效解決充電站建設(shè)與運(yùn)轉(zhuǎn)所面臨的挑戰(zhàn)，并讓廣大新能源電動(dòng)汽車用戶獲益。
市場(chǎng)與政策雙重加持
“光儲(chǔ)充”將成為新生代交通基礎(chǔ)設(shè)施
根據(jù)工信部規(guī)劃，到2025年，我國(guó)將實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車與充電樁設(shè)施數(shù)量的車樁比2:1，2030年實(shí)現(xiàn)車樁比1:1。由此可見(jiàn)，在新能源電動(dòng)汽車用戶需求高速增長(zhǎng)的前提下，我國(guó)充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展階段，并且將不斷提速。而“光儲(chǔ)充”一體化充電站，作為新能源汽車與可再生能源產(chǎn)業(yè)深入融合的切入點(diǎn)，也成為了發(fā)展迅速的產(chǎn)業(yè)新興賽道。
“光儲(chǔ)充”一體化是通過(guò)配置光伏、儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“削峰填谷”，維持電網(wǎng)穩(wěn)定，最后通過(guò)充電樁為新能源車提供清潔電能，能有效解決傳統(tǒng)充電樁用電對(duì)局域電網(wǎng)的沖擊。與此同時(shí)，傳統(tǒng)充電樁消耗的電能始于發(fā)電廠，而發(fā)電廠產(chǎn)生的電能大多來(lái)源于化石燃料的燃燒，與光伏充電樁相比，其能源并非是清潔無(wú)污染的。光伏充電樁的大規(guī)模建設(shè)，不僅能夠滿足國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車充電業(yè)務(wù)的需要，也能促進(jìn)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)能源轉(zhuǎn)型，保護(hù)我們賴以生存的環(huán)境，在可持續(xù)發(fā)展上具有深遠(yuǎn)的意義。
光儲(chǔ)充一體站的工作運(yùn)行原理就是根據(jù)車輛的充電行為和光伏出力，制定日前運(yùn)行策略。在一體化充電站內(nèi)，光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)電能首先滿足充電站需求，當(dāng)不滿足負(fù)荷需求時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)放電，若仍不能滿足，則從電網(wǎng)購(gòu)電（一般是在夜間使用波谷電價(jià)）；當(dāng)光伏出力過(guò)剩時(shí)，可將過(guò)剩的電能給儲(chǔ)能系統(tǒng)充電，也可以向電網(wǎng)售電，從而獲得一定的收益。儲(chǔ)能隨著光伏發(fā)電及電價(jià)情況靈活調(diào)整充放電方式，減少充電樁的峰谷差，實(shí)現(xiàn)耦合增效，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和清潔性?！肮鈨?chǔ)充”的電站應(yīng)用場(chǎng)景大致可以分為三類：城市充電站、高速服務(wù)區(qū)、工業(yè)園區(qū)。
光儲(chǔ)充一體化充電站在市場(chǎng)需求方面可以說(shuō)是“應(yīng)運(yùn)而生”。國(guó)家在政策端對(duì)“光儲(chǔ)充”一體化充電站建設(shè)同樣一直保持在高度關(guān)注和鼓勵(lì)態(tài)勢(shì)，并且近年來(lái)在政策推動(dòng)的力度上，可謂“層層加碼”：
? 2020年11月，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021－2035年）》，其中明確提出，鼓勵(lì)“光儲(chǔ)充放”多功能綜合一體站的建設(shè)。新能源汽車“光儲(chǔ)充”一體化充電站開(kāi)始在電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展中引發(fā)關(guān)注和重視。
? 2022年1月，國(guó)家發(fā)改委等十部門(mén)印發(fā)《關(guān)于進(jìn)一步提升電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)保障能力的實(shí)施意見(jiàn)》，文件提出，積極推進(jìn)試點(diǎn)示范，探索單位和園區(qū)內(nèi)部充電設(shè)施開(kāi)展“光儲(chǔ)充放”一體化試點(diǎn)應(yīng)用。得益于政策推動(dòng)，2022年以來(lái)，有多個(gè)城市、多家企業(yè)活躍在“光儲(chǔ)充”一體化電站建設(shè)中。
? 2023年，國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布的《關(guān)于進(jìn)一步構(gòu)建高質(zhì)量充電基礎(chǔ)設(shè)施體系的指導(dǎo)意見(jiàn)》中提出，充分發(fā)揮新能源汽車在電化學(xué)儲(chǔ)能體系中的重要作用，加強(qiáng)電動(dòng)汽車和電網(wǎng)能量互動(dòng)。產(chǎn)業(yè)開(kāi)始推崇V2G（Vehicle to Grid）理念，在一體化充電站應(yīng)用過(guò)程中，更加注重實(shí)現(xiàn)新能源汽車與電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)服務(wù)相互間的優(yōu)化效應(yīng)。
? 2024年4月，國(guó)家能源局發(fā)布的《關(guān)于促進(jìn)新型儲(chǔ)能并網(wǎng)和調(diào)度運(yùn)用的通知》中提出，電力調(diào)度機(jī)構(gòu)應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)需求，制定新型儲(chǔ)能調(diào)度運(yùn)行規(guī)程，科學(xué)確定新型儲(chǔ)能調(diào)度運(yùn)行方式，公平調(diào)用新型儲(chǔ)能調(diào)節(jié)資源。積極支持新能源+儲(chǔ)能、聚合儲(chǔ)能、光儲(chǔ)充一體化等聯(lián)合調(diào)用模式發(fā)展，優(yōu)先調(diào)用新型儲(chǔ)能試點(diǎn)示范項(xiàng)目，充分發(fā)揮各類儲(chǔ)能價(jià)值。
高性能、高效率半導(dǎo)體芯片
構(gòu)成領(lǐng)先“光儲(chǔ)充”解決方案
伴隨著在市場(chǎng)規(guī)模和用戶需求方面的持續(xù)上升，更多的“光儲(chǔ)充”一體化系統(tǒng)投入使用，使得相應(yīng)設(shè)施的能源轉(zhuǎn)換和利用效率不斷提高。而在光伏等可再生能源領(lǐng)域，半導(dǎo)體功率器件和IC芯片是可再生能源轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)和管理的關(guān)鍵部件，這些器件對(duì)于提高可再生能源系統(tǒng)的效率、可靠性和性能至關(guān)重要，尤其是新型寬禁帶半導(dǎo)體材料，如：碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）的開(kāi)發(fā)，為可再生能源應(yīng)用開(kāi)辟了新的可能性。這些材料比傳統(tǒng)的硅基半導(dǎo)體具有更加優(yōu)越的性能，能夠在更高的溫度、電壓和頻率下工作。這一進(jìn)步助力更緊湊、高效和穩(wěn)健的能源系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)，有利于滿足“光儲(chǔ)充”一體化充電站這類可再生能源基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模不斷增長(zhǎng)的需求。
“光儲(chǔ)充”系統(tǒng)主要構(gòu)成的三大部分是光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能集成系統(tǒng)和充電樁，其中光伏發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率、儲(chǔ)能的電池循環(huán)性能和充電樁的系統(tǒng)效率，直接決定了“光儲(chǔ)充”系統(tǒng)的整體性能和效率。
針對(duì)于“光儲(chǔ)充”系統(tǒng)這種典型的可再生能源應(yīng)用場(chǎng)景，安世半導(dǎo)體所提供的解決方案可用于光伏逆變器、儲(chǔ)能變流器和EV充電樁三大板塊，其中主功率變換、輔助電源、柵極驅(qū)動(dòng)和保護(hù)、信號(hào)處理和傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)，安世半導(dǎo)體均能提供多樣化選擇，滿足不同應(yīng)用需求。
近期，安世半導(dǎo)體成功推出了多款半導(dǎo)體IC芯片，進(jìn)一步豐富了其光儲(chǔ)充一體化系統(tǒng)的解決方案，鞏固了其方案解決商的能力。
安世半導(dǎo)體的NGD4300 120 V半橋柵極驅(qū)動(dòng)器系列產(chǎn)品，可以用于包括逆變器/用戶儲(chǔ)能系統(tǒng)/充電樁等應(yīng)用場(chǎng)景，控制器支持更短的傳輸延時(shí)，為提高系統(tǒng)的魯棒性，提供了包括SOI層等在內(nèi)的改善設(shè)計(jì)。在具體性能方面，NGD4300的輸入電平瞬態(tài)耐負(fù)壓可達(dá)-10 V，為電路提供了高可靠性；并且能夠?qū)崿F(xiàn)13 ns通道延遲、1 ns通道間延遲誤差水平的快速瞬態(tài)響應(yīng)能力；同時(shí)因?yàn)槠淠軌蛞? A驅(qū)動(dòng)提升開(kāi)關(guān)速度和0.7 mA的IDDbbO/IHBO工作電流，從而使電路擁有更高效率。
圖注：NGD4300半橋柵極驅(qū)動(dòng)器即便在-13 V的負(fù)壓下，其高/低輸入電平仍然能保持穩(wěn)定、出色的工作狀態(tài)。
安世半導(dǎo)體的NEX80806 AC/DC反激式控制器適用于光儲(chǔ)電源系統(tǒng)的輔助供電模塊，例如逆變器多個(gè)位置的反激輔助電源設(shè)計(jì)。NEX80806針對(duì)工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行了多項(xiàng)芯片設(shè)計(jì)優(yōu)化，其中有工業(yè)版本可以向客戶提供線電壓過(guò)壓保護(hù)功能，實(shí)時(shí)的監(jiān)控輸入電壓，使輔助電源免受電壓波動(dòng)的損傷；NEX80806還使用了先進(jìn)的倒封（Flip Chip）封裝工藝，有效的降低了芯片熱阻，為工業(yè)應(yīng)用提供了熱冗余。與競(jìng)品相比，在相同的IC OTP保護(hù)閾值下，NEX80806系列產(chǎn)品將可以容忍的系統(tǒng)環(huán)境溫度提高了20 ℃以上。
安世半導(dǎo)體的NXF650x驅(qū)動(dòng)器變壓器非常適合于需要高效率和低EMI干擾應(yīng)用場(chǎng)景。該產(chǎn)品具備低RON和高輸出（例如NXF6501可實(shí)現(xiàn)1.2 A電流，市面上同類產(chǎn)品一般為350 mA）驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高效率；其具備其他競(jìng)品不具備的故障安全輸入保護(hù)能力，能夠防止反向供電，并允許任何階次上電；能將EMI干擾降至更低超低輻射水平，達(dá)到或超過(guò)CISPR25 5級(jí)和CISPR32 B級(jí)。
除此之外，安世半導(dǎo)體還針對(duì)邏輯器件推出了最新的SOT8065封裝技術(shù)，幫助器件實(shí)現(xiàn)高效的邏輯控制和信號(hào)轉(zhuǎn)換能力。與含鉛封裝相比，SOT8065封裝通過(guò)減少PCB面積來(lái)最大限度地節(jié)省應(yīng)用成本；該封裝提供側(cè)邊可濕焊盤(pán)(SWF)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)；該封裝提供所有流行的電壓系列，可用于緩沖器、逆變器、門(mén)電路、開(kāi)關(guān)、觸發(fā)器和轉(zhuǎn)換器等。
晶體管、二極管等功率器件諸多優(yōu)勢(shì)
促進(jìn)“光儲(chǔ)充”水平提升
從功率器件來(lái)看，安世半導(dǎo)體在“光儲(chǔ)充”系統(tǒng)解決方案中采用的業(yè)界領(lǐng)先產(chǎn)品，包括GaN HEMT高電子遷移率晶體管、SiC MOSFET、SiC二極管、IGBT和中低壓MOSFET等功率半導(dǎo)體器件，極大地促進(jìn)了“光儲(chǔ)充”系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更高的性能水平。
其中，GaN FETs器件具有高臨界電場(chǎng)強(qiáng)度、高電子飽和速度與極高的電子遷移率的特點(diǎn)，能夠在電源轉(zhuǎn)換拓?fù)渲校瑢?shí)現(xiàn)最高的轉(zhuǎn)化能效和功率密度，最低的功耗/開(kāi)關(guān)損失和系統(tǒng)成本，非常適合于在光伏逆變器、儲(chǔ)能系統(tǒng)等高性能功率變換方面的應(yīng)用。
目前，安世半導(dǎo)體是業(yè)內(nèi)唯一可同時(shí)提供級(jí)聯(lián)型（D-mode，Cascode）和增強(qiáng)型（E-mode）兩種類型GaN FETs器件的供應(yīng)商，并且獨(dú)家提供擁有最佳散熱性能CCPAK封裝的650 V GaN FETs產(chǎn)品，可直接將“光儲(chǔ)充”整個(gè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化能效提高至99%以上，開(kāi)關(guān)頻率的理想值可提升至1 Mhz以上，同時(shí)其CCPAK封裝相較于競(jìng)品的GaN FETs產(chǎn)品擁有更高的可靠性。此外，安世半導(dǎo)體的GaN FETs器件還具備較低的反向恢復(fù)電荷（Qrr）、卓越的溫度穩(wěn)定性和優(yōu)異的反向續(xù)流能力等多個(gè)技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步鞏固了其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
當(dāng)下，為了克服電車?yán)m(xù)航里程和充電速度上的兩大短板，電動(dòng)汽車行業(yè)正加速?gòu)?00 V轉(zhuǎn)向800 V的電池系統(tǒng)，在這樣的轉(zhuǎn)變下，SiC幾乎是唯一且完美的選擇。而800 V電壓系統(tǒng)就需要1200 V的耐壓功率芯片，所以1200 V的SiC功率器件是業(yè)界共同的發(fā)力方向。目前安世半導(dǎo)體已成功研發(fā)出具有性能優(yōu)異的1200 V SiC MOSFET，主要分為兩大類：一類是采用3引腳和4引腳TO-247封裝的SiC MOSFET，另一類是采用越來(lái)越受歡迎的D2PAK-7表面貼裝器件(SMD)封裝的NSF0xx120D7A0系列SiC MOSFET產(chǎn)品。
安世半導(dǎo)體的SiC MOSFET器件具有優(yōu)異的導(dǎo)通電阻隨結(jié)溫上升的穩(wěn)定性、綜合品質(zhì)因數(shù)FoM和閾值電壓穩(wěn)定性，并且相比于競(jìng)品能實(shí)現(xiàn)較低的體二極管正向壓降，其更小的門(mén)極電荷比可以降低器件由于噪聲導(dǎo)致的錯(cuò)誤開(kāi)通的概率。安世半導(dǎo)體的SiC MOSFET器件由于具備更高的開(kāi)關(guān)頻率，因此可以選擇使用更小的磁性器件（比如電感器），降低磁性器件的成本和體積，還可以使得開(kāi)關(guān)損耗更小，從而降低系統(tǒng)發(fā)熱。在一些高母線電壓的應(yīng)用如光伏逆變器中，采用擁有更高耐壓的SiC MOSFET可以簡(jiǎn)化拓?fù)?，提高效率，減少器件數(shù)量和系統(tǒng)成本。憑借這些卓越的工作參數(shù)和特性優(yōu)勢(shì)，安世半導(dǎo)體的SiC MOSFET大大提高了光伏、工業(yè)電源開(kāi)關(guān)及汽車應(yīng)用的安全性、穩(wěn)健性和可靠性標(biāo)準(zhǔn)，從而可以滿足電動(dòng)汽車OBC、充電樁、不間斷電源以及太陽(yáng)能和儲(chǔ)能系統(tǒng)等多個(gè)汽車和工業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)。
工業(yè)應(yīng)用往往伴隨著大電流，當(dāng)然可以采用功率模塊的方式進(jìn)行對(duì)應(yīng)。但因?yàn)楣β誓K價(jià)格高昂，大部分情況下，仍然采用多管并聯(lián)的方案。VGS(th)是在進(jìn)行多管并聯(lián)時(shí)影響動(dòng)態(tài)均流重要的參數(shù)之一。安世半導(dǎo)體的SiC MOSFET具有業(yè)界領(lǐng)先的VGS(th)穩(wěn)定性，減少由于VGS(th)不一致所造成的電流變化不均勻從而導(dǎo)致單個(gè)器件承受較大的電流應(yīng)力，以及后續(xù)潛在的壽命和失效問(wèn)題。
安世半導(dǎo)體的650 V IGBT產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)低VCESAT以及開(kāi)關(guān)損耗，參數(shù)穩(wěn)定誤差小，易于并聯(lián)使用。該產(chǎn)品同樣具有優(yōu)秀的反向恢復(fù)能力，并能夠在工作溫度下達(dá)到更低的正向壓降，同時(shí)擁有優(yōu)異的電流能力，滿足業(yè)界的RoHS和無(wú)鉛標(biāo)準(zhǔn)。
和競(jìng)品相比，安世半導(dǎo)體的650 V IGBT具備優(yōu)化的EOFF特性和更溫和的電磁干擾，在尖峰電壓方面可以提供更大的安全裕量，并具有優(yōu)異的熱性能和系統(tǒng)效率。
安世半導(dǎo)體的SiC二極管產(chǎn)品具備超低正向壓降和優(yōu)秀的反向恢復(fù)能力，其開(kāi)關(guān)特性受溫度影響小，并能夠保持基于混合式PIN-SiC二極管（MPS）的高魯棒性。
安世半導(dǎo)體的中低壓MOSFET憑借行業(yè)領(lǐng)先的性能和廣泛的規(guī)格覆蓋，為新能源應(yīng)用提供了卓越支持。這些器件采用創(chuàng)新的LFPAK銅夾片封裝，涵蓋7種以上封裝形式，擁有超過(guò)400種料號(hào)，可靈活滿足低壓功率轉(zhuǎn)換、充放電管理等多種應(yīng)用需求。
此外，安世MOSFET產(chǎn)品廣泛采用LFPAK銅夾片封裝，不僅具備175 °C的結(jié)溫特性（相較業(yè)內(nèi)普遍的150 °C更具優(yōu)勢(shì)），還在焊接可靠性和抗PCB板彎曲能力方面表現(xiàn)出色。同時(shí)，該封裝能夠有效降低RDS(ON)導(dǎo)通電阻，并提供更高的ID(max)漏極電流，顯著提升產(chǎn)品的整體競(jìng)爭(zhēng)力。
最新推出的NextPower 80/100 V MOSFET系列采用CCPAK1212封裝，具備最高持續(xù)505 A，峰值3558 A的ID(max)電流能力，0.67 mΩ的超低RDS(ON)，以及優(yōu)異的散熱性能。本系列器件還提供頂部和底部散熱選項(xiàng)，工程師可以靈活選擇散熱途徑。該產(chǎn)品的發(fā)布進(jìn)一步豐富了安世半導(dǎo)體的MOSFET組合，為高功率密度應(yīng)用提供了更強(qiáng)的解決方案。
結(jié)尾
安世半導(dǎo)體致力于通過(guò)創(chuàng)新的前沿技術(shù)，為“光儲(chǔ)充”系統(tǒng)的光伏逆變器、儲(chǔ)能變流器、EV充電樁提供更高效的解決方案。隨著“光儲(chǔ)充”系統(tǒng)部署規(guī)模的擴(kuò)大和產(chǎn)業(yè)效應(yīng)的提升，不斷更新迭代的半導(dǎo)體產(chǎn)品與解決方案，尤其是WBG寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)的突破，將在以光伏為代表的可再生能源系統(tǒng)實(shí)施和優(yōu)化方面發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。這種持續(xù)的演變，不僅有望滿足不斷增長(zhǎng)的能源需求，而且將以可持續(xù)、高效和環(huán)保的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
